基于绿色公路理念的山区高速公路设计分析

黄泽浪

(中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176)

0 引言

为了推进绿色公路建设，国家相关部门提出了一系列绿色发展意见，但是，因山区地理环境等因素的限制，导致其施工难度增加。对此，施工单位在执行项目作业前，需对工程现场进行勘察，再通过各项数据把控，制定科学施工方案，辅之现代专业技术和绿色公路施工理念的融合，从根本上预防工程滑坡和坍塌等问题。

1 项目概况

某山区某高速公路建设项目，线路全长约78.5km，全线桥隧比例为64.3%，共设置互通式立体交叉7 座，服务区2 处。采用双向四车道高速公路标准建设，设计速度80km/h，路基宽度25.5m。

本项目的建设加强了区域两省之间的交流互通，形成了互联互通的高速公路网络，改善了区域交通条件，提供了应急抗灾能力，构建了综合立体交通枢纽体系，更是落实了地区“一带一路”倡议和“长江经济带”战略顺利实施的关键，带动了地方经济发展[1]。

2 绿色公路勘察设计思路

2.1 路线设计思路

第一，加强生态保护，注重生态自然稳定发展，全面落实对生态环境治理保护的相关政策，促进生态保护设计活动开展，重点对生态自然、原生植被、湿地生态等进行保护，把现代技术应用其中，做好土石方工程量控制工作，科学调配，力争做到“零弃、少借”。第二，科学保护耕地资源，推进项目选线和耕地基本建设相互融合，对线路方案审图调查，合理利用未经利用的土地。对于经过农田区域的路段，在选择道路路线时，必须要优先避让农户农田。在无法避让的情况下，需要合理选择路基方案及桥梁施工方案。如果必须占用农田，那么尽量减少农田占用，做好征地工作，给予农户合理的补偿。第三，在选择地形地质线路方案过程中，需要综合思考线路和地质条件、桥梁工程、隧道工程、地方规划之间的关系，科学选择。第四，通过对景观资源的充分利用，避免破坏生态环境，应当在公路项目中留有一定空间来避让生态景观景区，也能够使生态景观和高速公路相结合。经过景观区域时，使公路沿着边缘通行，采用曲线形设计，避免直线通过从而破坏景观的整体性，这可以给中途群众观看景观提供便利条件，也能让人们在旅途中欣赏到美丽的景色，保证人们的愉悦心情。第五，设计要从全生命周期的角度出发，不能只考虑节约当前短期成本，比如为降低成本，采用质量相对较差的原材料。从远期成本来看，增加了后期的维护、维修成本，因此要将后期相关成本融入工程设计环节中，充分凸显出全寿命特点，强调结构设计与养护设计的一致性，促进钢结构桥梁使用，将其全寿命周期成本优势全面发挥。相关部门应灵活使用高性能混凝土、高强钢筋等材料，增加工程结构耐久性，保证结构使用期限，帮助相关部门控制公路运营维护成本。

2.2 路基设计思路

第一，结合地质地形，来合理设置，包括整体、分离以及半桥半路基等路基布置形式，结合实际情况，减少山体开挖和土石方数量，降低对生态环境的影响。第二，秉持因地制宜的原则合理选择材料，在路基设计过程中尽量采用当地材料，减少施工成本，全面普及和推广粉煤灰、矿渣等材料，实现建筑垃圾无害化处理。第三，加强腐殖土保护，对于复垦腐殖土来说，属于不可再生自然资源，尤其是西南地区，很少进行碾压腐殖土的处理，而是将腐殖土以及草皮存放处理，便于后期施工使用，应当做好植被恢复、土地再造等工作，加强水土保护，科学设计植被种植。第四，加强地勘管理，严格把控地质灾害对生态环境的影响，保证道路和人民生命财产安全。在勘察设计中，应参与到工程现场中，加强地质勘察，避开顺层滑坡、堆积等不良地质区，对于无法躲避的地质风险，应做好地质勘查工作，结合获得的定制信息，采取相关措施进行防范，避免高填深挖，防止在施工建设中发生滑坡等地质问题。第五，提高公路景观的设计，通常将公路景观分成以下两种类型：其一，公路工程自身的配套绿化景观；其二，高速公路途经的原有生态绿化景观。生态绿色景观需要在分带、路肩这些等高速公路范围内的绿化。边坡防护尽量采用植物防护方法。对于不可避免的砌体防护，应结合现场情况选择适宜的措施，实现绿化和屏蔽。在植物恢复中，需要选择一些成活率比较高的植物种植防止，以实现对原有自然环境的充分结合。高速公路选线需要合理，确定好公路与景区之间的距离，防止分隔生态景观空间以及视觉景观空间。公路在途经原有景观景区的时候，不是采用路线直接切割的形式，而是利用曲线形设计，沿着景观区域的边缘地带，或者通过隧道、桥梁等方式通行，把公路工程和原有的生态景区有机融合，并在公路中设置观景台休息区，也能在沿途中观看优美的景观，改善高速公路服务质量。第六，加强绿色服务区建设。在建设绿色服务区过程中，应该秉持节能环保的设计要求，把保温、清洁能源等应用其中，全面实现服务区污水科学处理，推广水循环利用技术，让有限的水资源得到高效利用[2]。在服务区普及废物再利用技术，科学分类收集废物进行无害化处理。同时，鼓励新建服务区加强生态环境保护，使得废气、污水排放满足国家要求。

2.3 路面设计思路

首先，在公路工程行业快速发展的环境下，隧道技术越来越完善，本工程位于山区，隧道施工环节较多。山区地质环境复杂，存在一定的危险性，需要加强隧道设计的技术性和安全性。在施工材料方面，要从绿色节能的角度入手，可选择温拌沥青技术，或是橡胶沥青技术，这些沥青材料的环保性高、耐久性好。对于桥梁沥青路面，橡胶沥青的应用可以减小沥青层与桥面在荷载下相互作用所形成的形变，有效提升整体的耐久性，还实现了对废弃材料的再利用，满足绿色环保的理念。此外，面层材料要经实验室反复实验，合理配置材料、骨料的比例，从强度、耐久性等角度保障材料质量。在进行路面方面的设计时，应确定级配类别宽度，并结合沿线材料的室内试验结果，科学调整级配曲线，以提高混合料在密实、防水条件下的粗骨料的配比设计，提升抗滑以及车辙的耐受能力。最后，可通过热沥青同步碎石封层技术，来减少基层水损害。这种技术将热沥青、下层混合料以及透层中的沥青材料构成一个整体，使半刚性材料能够和沥青层形成一个完整的结构，大大增强稳定性、耐久性和抗老化性。

3 绿色公路理念在设计中的应用

3.1 设计标准

对于山区高速公路实际特点，根据项目运行情况，提出以下设计标准，具体见表1。

表1 工程需满足的绿色公路标准

3.2 统筹资源利用，实现集约节约

3.2.1 集约利用通道资源

案例工程沿途所经河谷狭长，线路布置尽量减少对城镇和当地道路的影响，靠近城镇而不进入乡镇。当地道路路况仅能满足准四级公路标准，大部分路段路基宽度小于6.5m，特别是K13-K33 段原道路宽度仅为3～4m，不符合施工标准，设计过程中根据结合理念对当地道路宽度进行更改，便于施工工作顺利进行，合理使用当地资源[3]。

3.2.2 严格保护土地资源

线路布置应充分适应地形，尽量在山坡荒地上走线，绕过基本农田，对需要穿越基本农田的路段进行多方案论证比较。例如，K1+410-K13+400 段，该区域地形起伏较缓，居民和路基较为集中，沿线农田分布广泛，经济作物和珍贵保护树种香椿分布较广，电站、厂矿也是本段的控制重点，结合现场地形条件，线路布置可以考虑沿河和左边山脚下的线路，提出线路K 与线路C 的方案，并对两方案做比较；K44+600-K49+630段在线路布置过程中，避开厂矿和采空区，居民拆迁、耕地保护和规划面积都是控制因素。高线位K 线方案的设计，节省了0.90hm2的土地面积，在低线位置，以与H 线方案相同的精度进行比较和选择。注意线路的水平和垂直协调，尽量减少路基的高填深挖；在通过耕地路段时，应合理利用线路指标，尽量通过低填浅挖路基。

3.3 加强生态保护，注重自然和谐

3.3.1 推行生态环保设计

一方面，根据沿线地形地质控制因素，公路线形设计遵循“趋势”要求进行布置，其布置应避开重要控制节点，适应地形，自然流动曲线平整，避免大面积挖填破坏原生植被，线性适应山区地形，曲线比例为70%控制。采用柔性生态挡土结构保护道路路堤边坡；硬岩斜坡平台种植藤蔓（见图1），提高景观效果。结合项目地质情况、气候条件等，把沿线路段的特色文化和景观科学布局，在实际设计中，展现出每个阶段景观特点。另一方面，根据逐条实测，案例路段内分布着大量国家二级保护植物——红椿，路线布局避开红椿林；对于直径较大且“年龄”较大的树木，尽可能绕行；对于小树苗，通过邀请专家进行研究，合理移植，以保证其顺利生存；对于一些无法避让并且不能移栽的植物，应及时保护，这样不但对珍贵植物进行保护，也满足绿色公路发展要求[4]。

图1 基于生态理念的山区高速公路路旁藤蔓种植

3.3.2 严格保护施工环境

在设置临时通道时，充分考虑当地乡镇发展情况和实际需求，尽可能在既有道路基础上或结合村镇远期规划，根据实际情况提前设置要求修建地方公路。如果不能组合，在实际设计中应考虑恢复绿色基本要求。对于弃土场设计，应充分借鉴当地水土保持经验进行生态保护和水土保持设计，工程完工后对弃土场进行平整处理，加强绿化改造，搞好水土流失防治，保证生态发展均衡。

3.4 着眼周期成本，建养并重

3.4.1 突出全寿命周期成本理念

在比较和选择起点枢纽互通方案时，应根据全寿命周期成本概念进行整合、分析各方案的建设成本、运营成本和车辆绕行成本，尽管近期建设成本比较高，但建议B1 线和B2 线的生命周期成本最好。对于结构，选择高性能混凝土、高强钢筋、砂浆砌体全混凝土化及桩基回旋开挖，确保结构耐久性。推动钢结构桥梁的应用，充分发挥全寿命周期价值，对于跨越高速公路和主要国家和省道的桥梁工程，选取钢材组合梁结构。

3.4.2 全面实施标准化施工

在桥梁上下结构设计中，尽可能采用标准化设计方式，减少跨径墩柱数量。如果是路基防护排水设计，就应采用标准化设计方法，利用预制构件完成建设工作。如果是桥梁上下部结构或者路基路面，就应合理编制通用图，按照标准化设计要求进行施工[5]。

3.5 “五大专项行动”的落实

3.5.1 “零弃方、少借方”，着力实现填挖平衡

在综合思考工程现场实际情况、填方和隧道洞渣数量的情况下，保证施工建设工作有序进行，做到土石平衡，综合比较借土与纵向调运效应，尽可能做到纵向调用，减少借方与弃方。例如，通过对隧道地形情况调查与分析，选择在K33 段设有集中高填方，减少隧道洞渣及弃方数量。全线设有八个弃土场，无取土场。

3.5.2 积极应用BIM 技术

本项目采用三维模型和外部采集测量系统，辅助外部采集测量，有效节省测量时间，提高外部采集质量；利用BIM 技术直观、准确的特点，对内外部设计中的工作内容进行检查和校对，有效减少施工后期的设计变更问题。在建设施工管理过程中，应建立智能建设管理系统，促进项目管理系统与物联网、互联网+、大数据等信息管理技术的充分结合实现项目全生命周期关键信息有效传递与共享。以项目管理系统为平台，推进过程监测、结构风险监测预警、隐蔽工程数据采集、质量安全检测、远程视频监控等技术在施工管理中的综合应用，从而提高工程质量安全管理水平[6]。

3.5.3 推进绿色服务区建设

在服务区及监测分中心生活污水系统中，利用中水回用处理技术，污水经处理后可达到中水回用的安全标准，可以将其应用在地区绿化、道路冲洗、厕所冲洗等方面，节约水资源。处理工艺相对简单成熟，操作管理方便，运行稳定，处理效果好，它不仅有效处理了水资源浪费问题，而且也能实现周边地区环境的保护。根据项目区日照长、日照充足的特点，在生活热水系统中引进太阳能热水器，实现能源的供给。

4 结语

总之，在山区高速公路实际设计中，要深入了解绿色公路内涵，在勘察设计环节中把绿色节能理念应用其中，保证资源节约、生态环境保护、节能高效、服务改善等目标快速完成。在实际建设中，建设单位应不断提高自身技术水平，把新工艺、新技术应用其中，提高施工水平和效率，为企业创造更多的效益。在本次探究中，把绿色公路理念运用在高速公路设计中，通过理论探究与具体项目的结合，在绿色公路理念引导下设计出了具体的施工方案，希望可以给相关部门绿色施工开展提供些许参考，促进我国绿色公路更好发展。